DE102005030761A1

DE102005030761A1 - Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope

Info

Publication number: DE102005030761A1
Application number: DE102005030761A
Authority: DE
Inventors: Günter Rudolph; Jochen Dr. Müller; Eva-Maria Menzel; Bryce Anton Dr. Moffat; Andreas Dr. Nolte
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-04
Also published as: US20090034248A1; WO2007003275A1; US7832894B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Mikroskope, bei der insbesondere eine Weißlichtbeleuchtung mit vollem Tageslichtspektrum bzw. eine Anregungslichtquelle für Fluoreszenzfarbstoffe zur Verfügung steht. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop besteht aus flächig oder räumlich angeordneten Lichtquellen, die zur Erzeugung beliebiger Beleuchtungsmuster und Beleuchtungsspektren mit einer Steuereinheit verbunden sind, und einer Beleuchtungsoptik zur Abbildung dieser Beleuchtungsmuster auf das zu untersuchende Objekt. Dabei bestehen die Lichtquellen aus LEDs (11), die mindestens einen Lumineszenzfarbstoff (14), der auf die von den LEDs (11) emittierte Wellenlänge abgestimmt ist, anregen. Die LEDs (11) sind konzentrisch zur optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise in oder nahe der Aperturblendenebene, angeordnet. DOLLAR A Mit der Mikroskopbeleuchtung sind sowohl flexible Beleuchtungsstrukturen und Beleuchtungsspektren für Hellfeld-, Dunkelfeld-, Fluoreszenz-, schräge bwz. ringförmige Beleuchtung als auch Weißlichtbeleuchtungen mit vollem Tageslichtspektrum realisierbar. Durch die Vorteile von LEDs: preiswert, geringe Leistungsaufnahme, hohe Lebensdauer und einfache Steuerbarkeit, sind derartige Beleuchtungsvorrichtungen insbesondere für den Feldeinsatz, zum Beispiel in der Archäologie, Geologie und im Umweltschutz geeignet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Mikroskope, bei der die Lichtquelle aus einem oder mehreren Halbleiteremittern besteht und insbesondere eine Weißlichtbeleuchtung mit vollem Tageslichtspektrum bzw. eine Anregungslichtquelle für Fluoreszenzfarbstoffe zur Verfügung stellt.
In den letzten Jahren gibt es einen Trend bei Mikroskopsystemen der eindeutig in Richtung komplexer Systeme geht, in denen das Mikroskop eine wesentliche Komponente darstellt, aber im Umfeld einer meist computergestützten Gesamtlösung zu betrachten ist. Zunehmend erfolgen Steuerung und Bilddatenauswertung automatisch durch Computer. Dies betrifft z. B. das Gebiet „Automatische Scanning-Systeme für Primary Screening" für Pathologie/Zytologie oder Pharmaziel-Molekularbiologie. Dazu kommt ein Trend zur Miniaturisierung aller Komponenten. Eine sehr wesentliche Mikroskopkomponente ist dabei eine flexible, kompakte und zuverlässige Beleuchtung.
Klassische Lichtquellen für Mikroskope, wie Halogenlampen, haben bezüglich dieser Forderungen Nachteile. Sie sind teuer, benötigen eine hohe elektrische Leistung, haben eine hohe Wärmeabgabe, eine geringe Lebensdauer, ihr Farbspektrum verändert sich mit Veränderung der Helligkeit und Bauform und Gewicht sind vergleichsweise groß.

Eine Beleuchtungsvorrichtung zur flexiblen Gestaltung der für Mikroskope üblichen Beleuchtungsstrukturen wird in der US 4,852,985 A beschrieben. Als Beleuchtungsquelle kommen hierbei Halbleiter-Lichtquellen, wie beispielsweise zweidimensional angeordnete LED's zum Einsatz. Die Realisierung der verschiedenen Beleuchtungsstrukturen erfolgt dabei durch gezielte Einschaltung der erforderlichen LED's. Zusätzlich kann eine Vorrichtung zur Einstellung der Helligkeit vorhanden sein. Durch diese gezielte Einschaltung einer Anzahl von LED'S sind die verschiedenen Beleuchtungsarten bei einem Mikroskop ohne zusätzliche optische Komponenten realisierbar. Die Flächenlichtquelle lässt sich auch durch die zweidimensionale Anordnung von LED's, die verschiedene Farben, wie beispielweise Rot, Grün und Blau (RGB) abstrahlen, gestalten. Um in der Objektebene einen möglichst gleichmäßigen Farbeindruck ohne Farbsäume zu erzeugen, ist die Anordnung der einzelnen Farben auf dem Array von großer Bedeutung. Die US 4,852,985 A beschreibt dazu eine Variante für eine definierte Anordnung von LED'S für ein 3- Farben-Array. Zur Vermeidung von Beleuchtungs-Ungleichförmigkeiten ist bei dieser Lösung eine Mattscheibe erforderlich, die vor der Flächenlichtquelle angeordnet wird.

In der US 5,489,771 A wird ein LED-Licht-Standard für die Foto- und Videomikroskopie beschrieben. Bei diesem Kalibrierungssystem wird die Intensität einer kompakten LED-Lichtquelle mit Hilfe eines Detektors kontrolliert. Ein vor der LED-Lichtquelle angeordneter Diffuser sorgt neben der Gewährleistung einer hohen Lichthomogenität dafür, dass ein Teil der Lichtstrahlung auf den seitlich angeordneten Detektor fällt und ausgewertet werden kann. Die erzeugten Lichtintensitäten lassen sich bei dieser zur Kalibrierung nutzbaren Standardlichtquelle sehr exakt einstellen, indem die den LED's zugeführte Energie über den Regelstromkreis mit dem Detektor ständig abgeglichen werden kann. Vorzugsweise besteht die kompakte LED-Lichtquelle aus verschiedenfarbig strahlenden LED's (RGG oder RGB), die einzeln angesteuert werden können. Durch gezielte Ansteuerung der LED'S und die Verwendung von Bandpassfiltern kann einfarbiges Licht erzeugt werden. Bei der Erzeugung von impuls-moduliertem Licht ist es erforderlich, dass die Kamera und/oder Videokamera entsprechend synchronisiert werden.

Eine Durchlicht-Beleuchtungseinheit für Mikroskope, bei der ein durchsichtiger Mikroskoptisch von unten beleuchtet wird, ist in der DE 199 19 096 A1 ( US 6,795,239 B2 ) beschrieben. Die aus einer oder mehreren LED's bestehende Beleuchtungseinheit ist dabei so gestaltet, dass sie sowohl in der Aperturblendenebene als auch vor einer Köhlerschen Beleuchtungsoptik angeordnet werden kann. Zur Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung sind vor den LED's geeignete Streumittel angeordnet. Nachteil dieser Lösung ist, dass bei der Verwendung nur weniger LED's für einige Beleuchtungsverfahren, wie beispielsweise das Phasenkontrastverfahren eine nicht ausreichende Helligkeit zur Verfügung gestellt werden kann. Durch den Einsatz zusätzlicher Streumittel wird die zur Verfügung gestellte Intensität noch verringert.

Die DE 298 16 055 U1 beschreibt ebenfalls ein Mikroskop mit einer aus diskreten LED's aufgebauter Beleuchtungsvorrichtung, die schwenkbar gelagert ist. Mit der vorgeschlagenen Lösung sind zwar durch differenzierte Ansteuerungen der LED's strukturierte Beleuchtungen, wie beispielsweise für Hellfeld, Dunkelfeld, schräge und ringförmige Beleuchtung bzw. Phasenkontrast-Beleuchtung realisiert werden, jedoch wirkt sich dabei nachteilig aus, dass lediglich in diskreten Wellenlängen, i. d. R. Rot, Grün und Blau, emittiert werden können. Eine Weißlicht-Beleuchtung mit vollem Tageslichtspektrum, welche für die meisten Mikroskopanwendungen relevant ist, oder ein anderes gewünschtes Emissionsspektrum können mit dieser Lösung nicht erzeugt werden.

Die in der US 6.373.568 B1 beschriebene Beleuchtungsanordnung besteht aus einer Vielzahl von Einzel-LED's, die unterschiedliche diskrete Wellenlängen realisieren. Der Nachteil dieser Lösung besteht in dem sehr aufwendigen und komplizierten Aufbau. Zudem kann mit der beschriebenen Beleuchtungsanordnung kein kontinuierliches Spektrum erzeugt werden.

Während bei den bisher als Anregungslichtquelle für die Fluoreszenz-Mikroskopie verwendeten herkömmlichen Lampen, wie Bogen- oder Halogenlampen, mit einer geringen Lebensdauer sowie hohen Anschaffungs- und Unterhaltskosten zu rechnen war, besteht bei der Verwendung von LED-Beleuchtungen als Anregungslichtquelle das Problem, dass nicht für alle Wellenlängen LED's mit einer ausreichenden Leuchtdichte verfügbar bzw. sehr kostenintensiv sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu beseitigen und eine Mikroskopbeleuchtung zu entwickeln, mit der sowohl flexible Beleuchtungsstrukturen für Hellfeld-, Dunkelfeld-, Fluoreszenz-, schräge bzw. ringförmige Beleuchtung erreicht, als auch Weißlichtbeleuchtungen mit vollem Tageslichtspektrum oder einer anderen, gewünschten Spektralverteilung als Anregungslichtquelle realisiert werden können. Die Lösung soll dabei für alle Mikroskopierverfahren eine ausreichende Helligkeit realisieren und einfach in Aufbau und Betrieb sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Mikroskopbeleuchtung sind sowohl flexible Beleuchtungsstrukturen und Beleuchtungsspektren für Hellfeld-, Dunkelfeld-, Fluoreszenz-, schräge bzw. ringförmige Beleuchtung, als auch Weißlichtbeleuchtungen mit vollem Tageslichtspektrum realisierbar. Durch die besonderen Vorteile von LED's: preiswert, geringe Leistungsaufnahme, hohe Lebensdauer und einfache Steuerbarkeit, sind derartige Beleuchtungsvorrichtungen insbesondere für den Feldeinsatz, zum Beispiel in der Archäologie, Geologie und im Umweltschutz geeignet. Mit der erfindungsgemäßen Mikroskopbeleuchtung werden somit alle wesentlichen Anforderungen an eine einfache, robuste und kostengünstige Lichtquelle für die Mikroskopie erfüllt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Dazu zeigen
1: die einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht eingebetteten, ringförmig angeordneten LED's,
2. die einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht eingebetteten, flächig angeordneten LED's,
3: die einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht eingebetteten, räumlich angeordnete LED's,
4: eine Anordnung, bei der der Lumineszenzfarbstoff vor den LED's angeordnet ist,
5: eine Anordnung, bei der der Lumineszenzfarbstoff auf einem Spiegel aufgebracht ist und
6: eine Anordnung, bei der der Lumineszenzfarbstoff auf dem angeschrägten Ende eines Lichtleiters aufgebracht ist.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop besteht aus flächig oder räumlich angeordneten Lichtquellen, die zur Erzeugung beliebiger Beleuchtungsmuster und Beleuchtungsspektren mit einer Steuereinheit verbunden sind, und einer Beleuchtungsoptik zur Abbildung dieser Beleuchtungsmuster auf das zu untersuchende Objekt. Dabei bestehen die Lichtquellen aus LED's, die mindestens einen Lumineszenzfarbstoff, der auf die von den LED's emittierte Wellenlänge abgestimmt ist, anregen. Die LED's sind konzentrisch zur optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise in oder nahe der Aperturblendenebene angeordnet.
Die 1 bis 3 zeigen dazu einzeln (linke Abbildung) oder insgesamt (rechte Abbildung) in eine Substanzschicht eingebettete LED's. Die auf einer Trägerplatte 10 angeordneten LED's 11 sind dabei einzeln in eine Substanzschicht 12 oder gemeinsam in eine Substanzschicht 13 eingebettet, wobei aber auch Kombinationen beider realisierbar sind. Die LED's 11 können so auf der Trägerplatte 10 angeordnet sein, dass ringförmige (siehe 1), flächenförmige (gemäß 2) oder auch räumliche Strukturen (entsprechend 3) gebildet werden.
Der Vorteil räumlich angeordneter Lichtquellen besteht darin, dass die LED's zentrisch und fluchtend zur optischen Achse in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und dadurch Licht von nahezu jedem beliebigen Punkt in der Nähe der vorderen Brennebene der Kondensorlinse emittiert werden kann.
Die von den LED's abgestrahlte Farbe und die in der Substanzschicht enthaltenen Lumineszenzfarbstoffe sind entsprechend aufeinander abgestimmt. In Abhängigkeit von der in der Substanzschicht enthaltenen Lumineszenzfarbstoffe können unterschiedliche Emissionsspektren erzeugt werden. Dabei können die zur Anregung dienenden LED's das gleiche Spektrum abstrahlen, oder es werden LED's genutzt, deren abgestrahlte Spektren sich überlappen und ein resultierendes Spektrum zur Anregung erzeugen.
In einer ersten Ausgestaltung sind die LED's einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht eingebettet sind, die mindestens einen Lumineszenzfarbstoff enthält.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Substanzschicht mit ein oder auch mehreren Lumineszenzfarbstoffen als separates optisches Bauelement vor den LED's angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn das separate optische Bauelement schwenkbar ausgeführt ist und wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden kann. Es ist aber auch möglich mehrere verschiedene Substanzschichten als separate optische Bauelemente auf einer Art Filterrad anzuordnen und durch Drehung in bzw. aus dem Strahlengang bewegen zu können. In Abhängigkeit von den verwendeten LED's können die Substanzschichten Lumineszenzfarbstoffe enthalten, die durch unterschiedliche LED's angeregt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung fällt das Licht der LED's auf einen Spiegel, auf dem mindestens ein Lumineszenzfarbstoff aufgebracht ist. Das vom Lumineszenzfarbstoff emittierte Licht wird von einer Beleuchtungsoptik zur Abbildung des Beleuchtungsspektrums auf das zu untersuchende Objekt ab gebildet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass kein Licht der zur Anregung dienenden LED's auf das Objekt gelangt.
Die zur Anregung dienenden LED's sind dabei auf den jeweiligen Lumineszenzfarbstoff abzustimmen, wobei von den LED's auch mehrere Lumineszenzfarbstoffe angeregt werden können. Dazu zeigt Tabelle 1 eine Auflistung die Namen der 36 gebräuchlichsten Fluoreszenz-Farbstoffe mit den dazugehörigen maximalen Anregungswellenlängen η_Amax in nm.
Tabelle 1
Während für folgende Wellenlängen zur Anregung LED's mit ausreichender Leuchtdichte verfügbar sind: 365, 455, 470, 505, (525), 590, 617 und 625nm, ist die Leuchtdichte von LED's bei 525nm für die Fluoreszenzmikroskopie gerade noch ausreichend. Für den in Tabelle 1 markierten Wellenlängenbereich von 530–580 nm sind zur Zeit keine LED's verfügbar, die eine ausreichende Leuchtdichte erreichen.
Gemäß der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung wird zur Anregung von Fluoreszenz-Farbstoffen mit maximalen Anregungswellenlängen η_Amax von 530–580 nm vorgeschlagen, zur Emission von Licht im genannten Wellenlängenbereich weißes Licht abstrahlende LED's in Verbindung mit Phosphor zu verwenden.
4 zeigt dazu eine Anordnung, bei der der Lumineszenzfarbstoff 14 vor den LED's 11 angeordnet ist. Das von den LED'S 11 ausgehende Licht wird über eine Kollektoroptik 15 auf den als Lumineszenzfarbstoff 14 dienenden Phosphor fokussiert, der angeregt wird und Licht der gewünschten Wellenlänge von 530–580 nm emittiert. Das auf das zu untersuchende Objekt abgebildete Beleuchtungsspektrum stellt hierbei ein Mischlicht aus primärem Anregungslicht und vom Phosphor emittiertem Licht dar.
In der bevorzugten Anordnung gemäß 5 erfolgt die Anregung des als Lumineszenzfarbstoff 14 dienenden Phosphors schräg zur optischen Achse. Dazu ist der Phosphor auf einem Spiegel 16 aufgebracht, der von LED'S 11 schräg bestrahlt und angeregt wird. Der Phosphor emittiert isotrop in alle Raumrichtungen. Der Teil der Emission in Richtung des Objekts wird von einer Kollektoroptik 15 aufgesammelt. Der rückseitig emittierte Teil wird von einem Spiegel 16 reflektiert und so in Richtung Objekt gelenkt. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung ist, dass nur das Licht der gewünschten Wellenlänge in den Strahlengang gebracht wird. Vorzugsweise kann der Spiegel 16 als Hohlspiegel ausgeführt sein, in dessen Brennpunkt oder zumindest in der Nähe dessen Brennpunktes mindestens ein Lumineszenzfarbstoff 14 angeordnet ist.
Bei einer weiteren Anordnung wird das von den LED's ausgehende Anregungslicht in einen Lichtleiter oder ein Bündel von Lichtleitern eingekoppelt. An dessen Austrittsfläche(n) ist hierbei mindestens ein Lumineszenzfarbstoff aufgebracht, wobei die Austrittsflächen mit der optischen Achse des Mikroskops einen Winkel von vorzugsweise ungleich 45° einschließen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Lösungsvariante ist in 6 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist mindestens ein Lumineszenzfarbstoff 14 auf der Austrittsfläche 17 eines Lichtleiters 18 aufgebracht, wobei der Lichtleiter 18 direkt an die LED 11 angekoppelt ist. Zur Vergrößerung der Austrittsfläche 17 und somit der Leuchtfläche ist das Ende des Lichtleiters 18 angeschrägt. Als Lumineszenzfarbstoff 14 kann auch hier Phosphor verwendet werden. Die Austrittsflächen 17 des Lichtleiters 18 schließt mit der optischen Achse 19 des Mikroskops einen Winkel von vorzugsweise ungleich 45° ein. Auch hier kann statt des einen Lichtleiters 18 auch Bündel von Lichtleitern verwendet werden.
Für die Anregung werden LED's mit hoher Intensität, wie beispielsweise vom Typ „Luxeon" (von der Firma Lumileds Lighting) verwendet. Diese LED's haben beispielsweise bei 450nm eine Abstrahlleistung von 3 Watt.
Zur Emission von Weißlicht mit vollem Tageslichtspektrum werden dazu blaues oder ultraviolettes Licht abstrahlende LED's verwendet. Das kurzwellige und damit energiereichere blaue oder ultraviolette Licht regt die Farbstoffe des Lumineszenzfarbstoffes zum Leuchten an. Dabei wird langwelligeres und energieärmeres Licht abgegeben. Da nicht das gesamte blaue oder ultraviolette Licht umgewandelt wird, ergibt sich eine resultierende additive Mischung der Spektralfarben, z. B. weißes Licht.
Je nachdem, welcher Lumineszenzfarbstoff oder welche Kombinationen von Lumineszenzfarbstoffen und welche LED's verwendet werden, können neben Weißlicht auch andere Farben und/oder Spektren erzeugt werden.
So werden beispielsweise zur Emission der Farbe Magenta blaues oder ultraviolettes Licht abstrahlende LED's in Verbindung mit einem roten Lumineszenzfarbstoff verwendet. Die Farbe Magenta lässt sich mit einer konventionellen LED nicht herstellen, da es sich um keine Spektralfarbe handelt.
Es ist auch möglich mehrere verschiedene Lumineszenzfarbstoffe zu kombinieren. Prinzipiell ist dabei jede Farbe sowie fein abgestufte Weißtöne (Lichttemperatur) erreichbar.
Durch die Einbettung der gesamten Anordnung von LED's in die Substanzschicht mit mindestens einem Lumineszenzfarbstoff lässt sich ein Kontinuumstrahler mit einer hohen Homogenisierung der Lichtemission realisieren. Auf zusätzliche Streumittel kann dabei verzichtet werden.
Neben flächig oder räumlich angeordneten Lichtquellen ist aber auch die Verwendung von Einzel-LED's mit Lumineszenzfarbstoffen möglich. Nach diesem Prinzip aufgebaute LED werden z. B. als Lumineszenzkonversions-LED (Osram: „LUCO-LED") oder „phosphor-converted"-LED (Lumileds Lighting: „PC-LED") bezeichnet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Einheit aus flächig oder räumlich angeordneten und einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht mit mindestens einem Lumineszenzfarbstoff eingebetteten Lichtquellen über Vorrichtungen, die einen Wechsel der Einheit ermöglichen. Dabei sind auch die Verbindungen der Lichtquellen zur Steuereinheit als Wechselverbindung auszuführen. Zur Realisierung völlig anderer Beleuchtungsmuster und/oder Beleuchtungsspektren im Mikroskop können derartige Einheiten schnell gewechselt werden.
Zur Erzeugung beliebiger Beleuchtungsmuster und Beleuchtungsspektren sind die LED's mit einer Steuereinheit verbunden. Von dieser können beliebige LED's gezündet werden, so dass die verschiedenen Beleuchtungsarten: Hellfeld-, Dunkelfeld-, Fluoreszenz-, Phasenkontrast- sowie schräge bzw. ringförmige Beleuchtung möglich sind. Darüber hinaus ermöglicht die Steuereinheit eine Helligkeits- und Zeitsteuerung der LED's der Lichtquelle, so dass durch eine schnelle Taktung der LED's Stroboskopeffekte erreicht werden können.
Lichtquellen bei der die gesamte Anordnung von LED's in eine Substanzschicht mit Lumineszenzfarbstoff eingebettet sind haben den Vorteil, dass flächige oder auch räumliche Kontinuumstrahler entstehen, mit denen eine höhere Homogenisierung der Lichtemission und auch eine größere Helligkeit erreicht wird. Dies liegt unter anderem daran, dass die LED's enger angeordnet werden können und somit höhere Packungsdichte erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es auch möglich eine Kombination von flächig oder räumlich angeordnete, einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht mit Lumineszenzfarbstoff eingebetteten Lichtquellen zu verwenden.
Die als Lichtquelle verwendeten LED's können insbesondere auch punktförmig, linienhaft, flächenhaft oder räumlich ausgebildet oder angeordnet sein. In einer bevorzugten Anordnung liegt sie als Ring- oder Kreisfläche zentrisch und fluchtend zur optischen Achse eines Beleuchtungssystems, welches das aus den LED's emittierte Licht sammelt und überträgt. Durch die Steuereinheit können die LED's entsprechend angesteuert werden, dass entweder alle, mehrere oder auch nur eine einzige LED gezündet wird.
Die in der Mikroskopie bisher bevorzugte Beleuchtung ist die sogenannte „Köhlersche Beleuchtung", bei der das aus einer Lichtquelle emittierte Licht von einer Linse oder einem Linsensystem (Kollektor) gesammelt und das Abbild der Lichtquelle durch eine Feldblende in die Aperturblendenebene fokussiert wird, die sich in der Nähe der vorderen Brennebene einer Kondensorlinse befindet. Das fokussierte Bild der Lichtquelle stellt damit praktisch eine zweite Lichtquelle dar, deren Licht durch die Kondensorlinse hindurchtritt, die Objektebene und damit die Probe durchleuchtet und von der Objektivlinse des Mikroskops zur Vergrößerung der Probe aufgenommen wird.
Durch den Einsatz der als Punktlichtquelle anzusehenden LED's kann auf eine solche Zwischenabbildung der Lichtquelle in die Aperturblendenebene verzichtet werden. Es ist ausreichend zur Beleuchtung die LED's direkt in oder nahe der Aperturblendenebene anzuordnen. Dadurch können der Kollektor und die Feldblende entfallen, so dass das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem kleiner und effizienter wird.
Beleuchtungssystem auf der Basis von LED's sind preiswert, haben eine geringe Leistungsaufnahme, eine hohe Lebensdauer und sind einfach ansteuerbar. Dadurch sind sie insbesondere für den Feldeinsatz, zum Beispiel in der Archäologie, Geologie und im Umweltschutz geeignet, wo man auf Batteriebetrieb angewiesen ist. Auch bei einem langfristigen Betrieb in abgeschlossenen Räumen (Satelliten) sind besser LED-Beleuchtungen besser geeignet als eine Halogenbeleuchtung.
Durch systemangepasste Ausführung und Anordnung der LED (ein – oder mehrere Emitter) oder Einkopplung in Glasfasern und deren Vermischung besteht außerdem die Möglichkeit, Farben zu mischen und damit die Beleuchtung zu variieren.
Mit einer LED-Beleuchtung lassen sich höhere Farbtemperaturen erreichen und das ausgestrahlte Spektrum ändert sich auch bei Dimmung nicht. Außerdem lassen sind LED-Lichtquelle schnell takten, so dass Stroboskopeffekte erreicht werden können, die es erlauben, lebende Proben und Prozesse besser zu beobachten.
Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, mit der flexible Beleuchtungsstrukturen für Hellfeld-, Dunkelfeld schräge bzw. ringförmige Beleuchtung realisiert werden können, ohne dass dafür, wie bei klassischen Mikroskopbeleuchtungen zusätzliche optische und/oder mechanische Komponenten erforderlich sind.

Claims

Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop, bestehend aus flächig oder räumlich angeordneten Lichtquellen, die zur Erzeugung beliebiger Beleuchtungsstrukturen und Beleuchtungsspektren mit einer Steuereinheit verbunden sind, und einer Beleuchtungsoptik zur Abbildung des Beleuchtungsspektrums auf das zu untersuchende Objekt, bei der die Lichtquellen aus LED's (11) bestehen, die mindestens einen Lumineszenzfarbstoff (14), der auf die von den LED's (11) emittierte Wellenlänge abgestimmt ist, anregen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Anregung mindestens eines Lumineszenzfarbstoffes (14) durch LED's (11) erfolgt, die das gleiche Spektrum abstrahlen oder deren abgestrahlte Spektren sich überlappen und ein resultierendes Spektrum erzeugen.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, bei der die LED's (11) konzentrisch zur optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise in oder nahe der Aperturblendenebene angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bism3, bei der die den LED's (11) einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht (12, 13) eingebettet sind, die mindestens einen Lumineszenzfarbstoff (14) enthält.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der der Lumineszenzfarbstoff (14) vor den LED's (11) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der das von den LED's (11) ausgehende Anregungslicht auf einen Spiegel (16) fällt, auf dem mindestens ein Lumineszenzfarbstoff (14) aufgebracht ist und dessen emittiertes Licht von einer Beleuchtungsoptik zur Abbildung des Beleuchtungsspektrums auf das zu untersuchende Objekt abgebildet wird.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, bei dem der Spiegel (16) vorzugsweise ein Hohlspiegel ist, in dessen Brennpunkt oder zumindest in der Nähe dessen Brennpunktes mindestens ein Lumineszenzfarbstoff (14) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der das von den LED's (11) ausgehende Anregungslicht in einen Lichtleiter (18) oder ein Bündel von Lichtleitern eingekoppelt wird, an dessen Austrittsflächen (17) mindestens ein Lumineszenzfarbstoff (14) aufgebracht ist, wobei die Austrittsflächen (17) mit der optischen Achse (19) des Mikroskops einen Winkel von vorzugsweise ungleich 45° einschließen.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, bei der die Austrittsfläche(n) (17) des Lichtleiters (18) oder des Bündels von Lichtleitern angeschrägt sind und mit der optischen Achse (19) des Mikroskops einen Winkel von vorzugsweise ungleich 45° einschließen.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der von den LED's (11) in Abhängigkeit von der in der Substanzschicht (12, 13) enthaltenen Lumineszenzfarbstoffe (14) unterschiedliche Emissionsspektren erzeugt werden können.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der zur Emission von Weißlicht mit vollem Tageslichtspektrum, blaues oder ultraviolettes Licht abstrahlende LED's (11) verwendet werden.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der zur Emission von Magenta, blaues oder ultraviolettes Licht abstrahlende LED's (11) in Verbindung mit rotem Lumineszenzfarbstoff verwendet werden.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der zur Emission von Licht mit einem Spektrum von 530-580nm, Phosphor in Verbindung mit entsprechenden LED's (11) zu dessen Anregung verwendet werden.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der durch die Einbettung der gesamten Anordnung der LED's (11) in die Substanzschicht (12, 13) mit mindestens einem Lumineszenzfarbstoff (14) ein Kontinuumstrahler mit einer hohen Homogenisierung der Lichtemission entsteht.
Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Einheit aus flächig oder räumlich angeordneten und einzeln oder insgesamt in eine Substanzschicht (12, 13) mit mindestens einem Lumineszenzfarbstoff (14) eingebetteten Lichtquellen über Vorrichtungen verfügt, die einen Wechsel der Einheit ermöglichen, wobei auch die Verbindungen der Lichtquellen zur Steuereinheit als Wechselverbindung ausgeführt ist.